论文部分内容阅读
河南省桐柏县矿产资源丰富,分布广泛,在安棚乡分布有亚洲最大的天然碱矿资源,同时该地区还埋藏有芒硝、石油等矿产资源,而这些岩盐矿产均采用水力压裂法进行开采,而这种开采方法的使用有可能会造成一系列的环境地质问题,如地面涌水、地面冒卤等,桐柏县安棚乡地区就出现了地面大规模涌水的问题,并且一直延续至今。国内对于此类问题的研究开展较晚,希望通过本论文的分析可以丰富此类问题的研究方法。
本论文的研究目的是对研究区岩盐矿产开采引起的地面涌水问题进行成因分析提出涌水成因概念模型,并在此基础上对这一类问题进行风险评估。
涌水问题成因的概念模型主要包括涌水结果、涌水通道(涌水过程)以及涌水来源三个组成部分。首先通过野外调查、水样采集、水样分析并结合其它资料分析等手段,总结出曹庄及邻近区域地面涌水问题的时间、空间、水质、温度及水位等参数的变化特征,即涌水结果。该地区涌水的时空变化特征是早期NW向发展,后期变化则是NE向发展;地下水中离子浓度分布与涌水发展特征一致,其中曹庄及其附近区域的Na+和SO42-浓度最高,水化学类型主要为SO4-Na型,并且曹庄区域深层地下水中的离子浓度要高于浅层,这说明曹庄区域深层地下水系统存在SO4-Na型高矿化度外来水源的进入,并在外来动力源作用下侵入浅层地下水直至涌出地表,并且深层地下水和浅层地下水中离子浓度的差异说明了压力与溶质传递的不一致性。
然后在涌水时空变化特征基础上,通过基础地质资料的分析,提出了该区域涌水问题的可能通道。该区域受不同构造控制的NE向主构造裂隙带和NW-SE向微弱裂隙带可能作为涌水的通道,进一步判断研究区早期涌水问题的渗流通道就是受赵凹-安棚鼻状构造控制的NW-SE向微弱裂隙带。然而这些裂缝通道扩张、连通与该区域矿产开采企业所采用的水力压裂法开采技术密不可分,过高的开采压力可以使这些裂缝从原来非连通状态到现在的连通状态,从而形成涌水通道。
同时在涌水水质变化特征基础上,通过水化学分析、水文地球化学模拟、工况分析等手段,判断涌水的可能物质来源和动力来源。首先水化学手段通过水质对比首先认为油田开采井作为涌水物质来源的可能性不大;其次水化学模拟手段通过对几种可能来源极限情况的模拟,从模拟结果中SO42-浓度情况角度分析,芒硝矿返卤水作为涌水物质来源的可能性较大,但是由于涌水中Ca2+、Mg2+浓度偏高,芒硝矿返卤水不是涌水的唯一物质来源,碱矿返卤水也可能是其中一个来源;然后工况分析手段通过分析矿井压力、注水量等生产参数确定了碱矿部分矿井作为该地区涌水问题的涌水来源的动力源。
结合涌水结果、过程以及来源分析,提出合理的涌水成因概念模型,认为是由于碱矿层卤水通过裂缝通道进入芒硝层,挤压芒硝层中卤水,通过石膏层,沿通道上升进入深层含水层、浅层含水直至涌出地表。
最后以研究区的涌水问题为代表,在其涌水成因模型的基础上,对岩盐开采所造成地面涌水的这一类型问题进行了风险评估。辨别了在此风险中主要风险源为卤水,分析了其可能存在的多种天然风险途径和人为风险途径,分析了风险事故可能造成的结果,对风险源可能造成风险大小进行了定性分析并作了简单排序,最后提出一些风险预防和处理措施。本论文认为面对此类风险应以预防为主,合理开发矿产,避免此类问题的再次发生。